חיישנים אולטראסוניים

אולטרסאונד, אדם אינו קולט צליל בתדר מעל 16 קילו-הרץ, אולם מהירות ההתפשטות שלו באוויר ידועה והיא 344 מ' לשנייה. בעזרת נתונים על מהירות הקול וזמן ההתפשטות שלו, ניתן לחשב את המרחק המדויק שעבר גל האולטרסאונד. עיקרון זה הוא הבסיס לפעולה של חיישנים קוליים.

חיישנים אולטראסוניים נמצאים בשימוש נרחב באזורי ייצור שונים ומהווים בדרך כלשהי כלי אוניברסלי לפתרון בעיות רבות באוטומציה של תהליכים טכנולוגיים. חיישנים כאלה משמשים לקביעת המרחק והמיקום של עצמים שונים.

קביעת רמת הנוזל (לדוגמה, צריכת דלק בהובלה), זיהוי תוויות, כולל שקופות, ניטור תנועת אובייקט, מדידת מרחק - אלה הם רק חלק מהיישומים האפשריים של חיישנים קוליים.

ככלל, ישנם מקורות זיהום רבים בייצור, שיכולים להפוך לבעיה עבור מנגנונים רבים, אך החיישן האולטראסוני, בשל המוזרויות של פעולתו, אינו מפחד לחלוטין מזיהום, שכן בית החיישן, במידת הצורך, ניתן להגן בצורה מהימנה מפני השפעות מכניות אפשריות.

החיישן האולטראסוני מכיל בעיצובו מתמר פיזואלקטרי, שהוא גם פולט וגם מקלט. המתמר הפיאזואלקטרי פולט סדרה של פולסי קול, ואז קולט את ההד וממיר את האות למתח המוזן לבקר. קרא עוד על השימוש בטכנולוגיה כאן. אפקט פיזואלקטרי.

התדר האולטראסוני נע בין 65 קילו-הרץ ל-400 קילו-הרץ, תלוי בסוג המתמר, וקצב החזרה על הדופק נע בין 14 הרץ ל-140 הרץ. הבקר מעבד את הנתונים ומחשב את המרחק לאובייקט.

הטווח הפעיל של החיישן האולטראסוני הוא טווח זיהוי העבודה. טווח זיהוי זהו המרחק שבו יכול המתמר האולטראסוני לזהות עצם, ללא קשר אם האובייקט מתקרב לאלמנט החישה בכיוון צירי או נע דרך חרוט הקול.

ישנם שלושה מצבי פעולה עיקריים של חיישנים קוליים: מצב הפוך, מצב דיפוזיה ומצב רפלקס.

למצב ההפוך המאופיין בשני מכשירים נפרדים, משדר ומקלט, המורכבים זה מול זה. אם הקרן האולטראסונית נקטעת על ידי עצם, הפלט מופעל. מצב זה מתאים לסביבות קשות בהן חשובה החסינות מפני הפרעות. אלומת האולטרסאונד עוברת את מרחק האות פעם אחת בלבד.פתרון זה יקר מכיוון שהוא דורש התקנה של שני מכשירים - משדר ומקלט.

מצב דיפוזיה מסופק על ידי משדר ומקלט באותו בית. העלות של התקנה כזו נמוכה בהרבה, אך זמן התגובה ארוך יותר מאשר במצב ההפוך.

טווח הגילוי כאן תלוי בזווית הפגיעה על האובייקט ובמאפייני פני האובייקט, שכן הקרן חייבת להיות מוחזרת משטח האובייקט שזוהה עצמו.

עבור מצב רפלקס, גם המשדר והמקלט נמצאים באותו בית, אך הקרן האולטראסונית מוחזרת כעת ע"י הרפלקטור. אובייקטים בטווח הזיהוי מזוהים הן ע"י מדידת שינויים במרחק שעברה הקרן האולטראסונית והן ע"י הערכת הקליטה או אובדן השתקפות באות המשתקף. עצמים בולעי קול, כמו גם עצמים בעלי משטח זוויתי, מזוהים בקלות עם מצב חיישן זה. תנאי חשוב הוא שמיקום רפלקטור הייחוס לא ישתנה.

אפשרות נוספת לשימוש באינפרסאונד בתעשייה היא ריתוך קולי.